本发明专利技术提供一种基于步态数据特征的足部运动损伤辅助诊断方法及系统，该方法包括：数据预处理、步态数据特征空间构建、损伤辅助诊断及其有效性验证；本发明专利技术解决了现有足部运动损伤诊疗中存在的智能、精准的诊断方法短缺之问题；在受试者足部运动信息采集的基础上，基于海德堡足部测量方法对自然行走过程中关节的活动度进行精细化描述，建立足部损伤的步态数据特征空间，实现针对足部运动损伤的辅助诊断；该方法与系统为量化、综合、便捷的足部损伤诊断提供了一种新型有效的智能辅助工具，同时，也为足部康复辅具研制、下肢外骨骼机器人研发等相关领域的研究与应用提供了必要的人体测量学依据。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及人体运动特征分析与智能辅助诊断，特别是指一种基于步态数据特征的足部运动损伤辅助诊断方法及系统。
技术介绍
1、较髋关节、膝关节而言，足部面最小，且承受着人体几乎全部的体重，作为人类行走、跑步、弹跳等高频动作的重要负重支点，足部无疑是人体最易受伤的关节。
2、如是现状，突显出传统临床诊疗在时间、空间、标准化，以及精准性水平上的局限性。人体运动学参数精准检测技术的日臻成熟，为距跟骨间韧带断裂等足部运动损伤的辅助诊断提供了客观、有效的数据支撑，同时，也为损伤的智能辅助诊断方法与系统构建提供了可能。
3、目前，尽管医学领域已对足踝部运动损伤的发病机制、诊疗与康复方法进行了广泛的研究，但受限于临床领域经验为主导的“描述医学”方式，尚未形成量化、精准的“解释医学”智能诊断模式。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于步态数据特征的足部运动损伤辅助诊断方法及系统，以解决现有足部运动损伤诊疗中存在的智能、精准的诊断方法短缺之问题。旨在有标注数据描述足部运动损伤组及对照组的步态数据特征、构建针对足部运动损伤的辅助诊断方法及系统，为量化、综合、便捷的足部损伤诊断提供了一种新型有效的智能辅助工具，同时，也为足部康复辅具研制、下肢外骨骼机器人研发等相关领域的研究与应用提供了必要的人体测量学依据。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种基于步态数据特征的足部运动损伤辅助诊断方法，所述方法包括：
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p>4、采集受试者在自然行走过程中的步态运动信息进行预处理；5、基于预处理后的步态运动信息，对损伤组与对照组在8个维度上的步态数据特征进行计算，构建步态数据特征空间；
6、构建时空transformer网络，利用损伤组与对照组的步态数据特征组成训练集对网络进行训练，实现足部运动损伤辅助诊断。
7、进一步地，在实现足部运动损伤辅助诊断后，所述方法还包括：
8、构建混淆矩阵，记录损伤辅助诊断结果的真阳性、假阳性、真阴性、假阴性数量；
9、计算足部运动损伤辅助诊断方法的敏感性和特异性，形成受试者工作特征曲线，通过受试者工作特征曲线下面积验证决策方法的有效性。
10、进一步地，所述采集受试者的步态运动信息，包括：
11、基于海德堡足部测量方法，建立覆盖膝关节部分、足部部分、足部的足踝部运动测量模型；基于所述足踝部运动测量模型，通过光学运动捕捉系统采集受试者的步态数据。
12、进一步地，所述对采集到的步态运动信息进行预处理，包括：
13、对所采集的步态运动信息进行低通数字滤波，降低原始运动信息的噪声；
14、依据人体步态的共性特征及受试者个体实际运动情况，将滤波处理后的运动信息按照跟骨背侧标记点空间坐标位置进行步态周期自动分割；
15、构建插值模型，将步态周期的采样点个数进行标准化处理。
16、进一步地，所述构建步态数据特征空间，包括：
17、针对足部运动损伤的步态数据特征进行提取，所提取的步态数据特征包括：胫-距骨屈曲角度、前足-跟外展角度、足部内侧拱角、足部外侧拱角、旋转角度、前足-踝旋外角度、内-外足中旋角、踝-跟伸缩距离。
18、进一步地，所述实现足部运动损伤辅助诊断，包括：
19、将损伤组与对照组步态数据特征整合，形成足部运动损伤辅助诊断模型的训练集；
20、构建基于时空transformer网络的足部运动损伤辅助诊断方法，将训练集输入到网络中，学习从步态数据特征到损伤决策的映射关系；
21、优化决策网络参数，反复迭代，直到输出符合损失函数要求和精度要求的判别结果为止。
22、相应地，为解决上述技术问题，本专利技术还提供如下技术方案：
23、一种基于步态数据特征的足部运动损伤辅助诊断系统，所述系统包括：
24、数据预处理模块，所述数据预处理模块用于对采集的步态运动信息进行原始数据滤波，依据人体步态的共性特征及受试者个体实际运动情况，将滤波处理后的运动信息按照特征标记点空间坐标位置进行步态周期自动分割，并进行步态周期标准化处理；
25、步态数据特征空间构建模块，所述步态数据特征空间构建模块用于按照步态周期分割及标准化结果，对损伤组与对照组在8个维度上的步态数据特征进行计算，构建步态数据特征空间，同时根据8个维度上的步态数据特征与标记点的空间关系，构建步态数据特征关系矩阵；
26、损伤辅助诊断模块，所述损伤辅助诊断模块用于构建时空transformer网络，利用损伤组与对照组步态数据特征组成训练集对网络进行训练，实现足部运动损伤辅助诊断功能。
27、方法及系统有效性验证模块，所述方法及系统有效性验证模块用于构建混淆矩阵，计算足部运动损伤辅助诊断模型的敏感性和特异性，通过受试者工作特征曲线下面积验证决策方法的有效性验证决策模型的有效性。
28、本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：
29、本专利技术针对现有足部运动损伤诊疗中存在的智能、精准的诊断方法短缺之问题，提供了一种基于步态数据特征的足部运动损伤辅助诊断方法及系统，本专利技术所涉及的足踝部运动信息来源于基于红外摄像机的光学运动捕捉系统，在此基础上经数据预处理后，针对损伤组与对照组构建步态数据特征空间，以所构建步态数据特征为训练集，研发针对足部运动损伤的辅助诊断方法与系统及其有效性验证方法，进而为足部运动损伤的诊断提供一种优质、高效的智能化辅助工具。
30、本专利技术的基于步态数据特征的足部运动损伤辅助诊断方法及系统可以有效提升足踝步态数据特征精准化描述水平，实现量化、精确的足部运动损伤决策，为足部运动损伤提供一种智能化的辅助诊断工具，广泛应用于足部运动损伤的急性期诊断、康复期测评、智能辅具研制等多个相关方面，通过构建量化、精准的“解释医学”诊断模型、算法及系统，助力我国相关领域临床医学的发展。
31、本专利技术的基于步态数据特征的足部运动损伤辅助诊断方法及系统结合先进智能科学技术为国内运动医学与康复事业引入学科交叉式新思维，有助于探索与建立“医工结合”模式下完备的面向运动损伤患者的智能服务理论与算法，有助于提升我国医疗器械、健康交互装备等领域的标准化、流程化工程应用及创新建设水平，对于加强“新一代人工智能”在医疗领域的新技术、新业态、新模式具有重要的理论意义，同时，对于我国智能化医疗服务建设具有促进作用。
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【技术保护点】
1.一种基于步态数据特征的足部运动损伤辅助诊断方法，其特征在于，所述基于步态数据特征的足部运动损伤辅助诊断方法包括：
2.如权利要求1所述的基于步态数据特征的足部运动损伤辅助诊断方法，其特征在于，在实现足部运动损伤辅助诊断后，所述方法还包括：
3.如权利要求1所述的基于步态数据特征的足部运动损伤辅助诊断方法，其特征在于，所述采集受试者的步态运动信息，包括：
4.如权利要求1所述的基于步态数据特征的足部运动损伤辅助诊断方法，其特征在于，所述对采集到的步态运动信息进行预处理，包括：
5.如权利要求4所述的基于步态数据特征的足部运动损伤辅助诊断方法，其特征在于，所述构建步态数据特征空间，包括：
6.如权利要求1所述的基于步态数据特征的足部运动损伤辅助诊断方法，其特征在于，所述实现足部运动损伤辅助诊断,包括：
7.一种基于步态数据特征的足部运动损伤辅助诊断系统，其特征在于，所述基于步态数据特征的足部运动损伤辅助诊断系统包括：
【技术特征摘要】
1.一种基于步态数据特征的足部运动损伤辅助诊断方法，其特征在于，所述基于步态数据特征的足部运动损伤辅助诊断方法包括：
2.如权利要求1所述的基于步态数据特征的足部运动损伤辅助诊断方法，其特征在于，在实现足部运动损伤辅助诊断后，所述方法还包括：
3.如权利要求1所述的基于步态数据特征的足部运动损伤辅助诊断方法，其特征在于，所述采集受试者的步态运动信息，包括：
4.如权利要求1所述的基于步态数据特征的足部运动损伤辅...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭秦炜，刘欣，开程，任爽，杨洁，张思，张德政，阿孜古丽·吾拉木，
申请(专利权)人：北京大学第三医院北京大学第三临床医学院，
类型：发明
国别省市：
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